Две руки, рисующие небо: остатки сверхновых и микроквазары ✛

Оригинал: "Galactic Microquasar and Supernova Remnants Imprinting on Diffuse Neutrino and Gamma-Ray Sky"
· Shiqi Yu, Bing Theodore Zhang
arXiv:2608.22374v1 · 2026-08-23 · CC BY 4.0 · 2 мин
Ниже 10 ТэВ диффузный фон создают остатки сверхновых, выше — микроквазары.

Ночное небо в нейтринном свете напоминает холст, над которым трудятся две руки. Одна держит широкую мягкую кисть — это остатки сверхновых, оболочки, оставшиеся после взрывов звёзд. Другая сжимает тонкое жёсткое перо — микроквазары, двойные системы, где чёрная дыра закручивает вещество в узкие струи. Обе руки разгоняют протоны до огромных энергий, и те, сталкиваясь с межзвёздным газом, рождают нейтрино и гамма-кванты. Но до сих пор было неясно, какая рука отвечает за какой участок неба.

Ключевой переход происходит около 10 ТэВ. Ниже этой энергии фон создают в основном остатки сверхновых, выше — микроквазары.

Авторы новой работы построили модель, в которой два класса ускорителей действуют независимо. Для каждого источника они рассчитали, как частицы расползаются по Галактике, словно чернила по бумаге. Остатки сверхновых разгоняют протоны до 68 ТэВ, а микроквазары — до 6 ПэВ, в сто раз энергичнее. Эффективность ускорения подобрали так, чтобы модель совпала с измерениями космических лучей у Земли. Получилось, что микроквазары превращают в ускоренные частицы около 10% своей энергии, остатки сверхновых — 6%.

Выше 100 ТэВ вклад электронов подавлен, и остаётся чистый адронный фон от микроквазаров.

Сравнение с данными нейтринной обсерватории IceCube показало согласие: предсказанный поток во внутренней Галактике совпадает с наблюдениями за 12 лет. Гамма-карты, рассчитанные с учётом поглощения на фоновом излучении, тоже воспроизводят измерения LHAASO. Горячие точки на нейтринном небе оказались не отдельными ускорителями, а областями плотного газа, на который проецируется море космических лучей.

Теперь у астрономов есть готовый фоновый шаблон. Он поможет искать точечные нейтринные источники в данных IceCube, KM3NeT и Baikal-GVD, отделяя их от диффузного свечения. А ещё модель связывает локальные измерения космических лучей с глобальным излучением Галактики — две руки, рисующие одно небо, наконец-то различимы по почерку.

Эффективность ускорения протонов микроквазарами около 10% означает, что каждый такой объект в активной фазе вкладывает в космические лучи энергию, сравнимую с полной светимостью Эддингтона для чёрной дыры массой 10 масс Солнца — примерно $10^{39}$ эрг/с.

n_{cr}(E,r,\tau_{lookback}) = L_{cr} \int_{\tau_{min}}^{\tau_{lookback}} P(r,E,\tau)\,d\tau
Концентрация частиц в точке r набирается за счёт диффузии от источника, работавшего в течение времени инжекции.
q_\nu(E_\nu,r) = n_{gas}(r) \int dE_p\, n_p(E_p,r)\,\beta c\,\sigma_{pp}(E_p)\,\frac{dN_\nu}{dE_\nu}(E_\nu,E_p)
Число нейтрино в точке r пропорционально плотности газа и потоку протонов, умноженному на сечение и выход частиц.
\phi_\nu(E_\nu,\Omega) = \frac{1}{4\pi} \int dE_p\, \beta c\,\sigma_{pp}(E_p)\,\frac{dN_\nu}{dE_\nu}(E_\nu,E_p)\,X(\Omega,E_p)
Наблюдаемый поток складывается из вкладов всех точек вдоль направления, где пересекаются космические лучи и газ.
Учёные
Paul DiracEmilio Gino SegrèBernhard RiemannJoseph WeberKarl SchwarzschildKip Thorne
Понятия
космические нейтрино реликтовое нейтрино остаток сверхновой космический ускоритель нейтронная звезда в остатке сверхновой IceCube межзвёздный газ нейтронная звезда пузырь галактические пылевые ветры галактический отток крабовидная туманность Большое Магелланово Облако гамма-телескоп химический состав звёзд NICER газовое облако лхаасо звёзды населения III туманность пульсарного ветра